(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維又はバサルト繊維からなるシート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂とを複合したプリプレグの表面を、熱硬化性樹脂で被覆してなり、
前記プリプレグが、シート状の熱可塑性樹脂と前記シート状の高強力繊維とをサンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧したものである高強力繊維複合体から形成されてなることを特徴とする交通信号機用筺体。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂が、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリカーボネート樹脂から選ばれる１種である請求項１に記載の交通信号機用筺体。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂から選ばれる１種である請求項１または２に記載の交通信号機用筺体。
【請求項４】
高強力繊維シートの積層数が、５〜１００枚である請求項１から３のいずれかに記載の高強力繊維複合体。
【請求項５】
炭素繊維又はバサルト繊維からなるシート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂とを複合したプリプレグの表面を、熱硬化性樹脂で被覆してなり、
前記プリプレグが、シート状の熱可塑性樹脂と前記シート状の高強力繊維とをサンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧したものである高強力繊維複合体から形成されてなることを特徴とする道路標識。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂が、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリカーボネート樹脂から選ばれる１種である請求項５に記載の道路標識。
【請求項７】
前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂から選ばれる１種である請求項５または６に記載の道路標識。
【請求項８】
高強力繊維シートの積層数が、５〜１００枚である請求項５から７のいずれかに記載の道路標識。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強力繊維複合体並びに該高強力繊維複合体を用いてなる交通信号機用筺体及び道路標識に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路や鉄道線路等に設置されている交通信号機の光源には、電球が使用されていたが、近年では、消費電力が小さく、高輝度であるＬＥＤへ変換されつつある。そして、交通信号を交換するに当たり、光源以外の部品は、再度組み合わせて再利用されている。
【０００３】
現在の交通信号用筺体は、通常、鉄板やアルミ板等の金属板で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
交通信号用筺体に、金属板を用いた場合、重量として、通常の３信号色信号機で、１０〜１７ｋｇ程度と重量が大きく、さらに矢印信号が追加されると自重は増大するため、支柱強度を高める必要がある。また、金属板では、特に沿岸部にて塩害により錆の問題が生じるため、定期的に防錆塗工を行う必要があるなどメンテナンスコストがかかるという問題もある。さらには、腐食した金属板の再利用は困難であり、焼却処分もできないことから産業廃棄物として埋め立てられている。
【０００４】
一方、炭素繊維シートと樹脂を複合させた高強力繊維複合体は、軽量で、耐久性が高く、飛行機の筺体などの用途で広く使用されている。
炭素繊維シートに複合化させる樹脂として、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂があるが、それぞれについて短所がある。
具体的には、炭素繊維シートを熱硬化性樹脂で固めた熱硬化性樹脂プリプレグは、未反応の熱硬化性樹脂を加熱反応させて硬化させるが、目的とする形状を形成し、いったん熱をかけて成形してしまうと再使用できない。そのため、熱硬化性樹脂プリプレグを用いて、交通信号用筺体や道路標識を作製すると、交換の際に廃棄物が発生する場合にも再利用することができない。
【０００５】
一方で、熱可塑性樹脂プリプレグは、１５０℃程度の熱をかけることで変形可能であり、いろいろな形状を作りやすい。一方で、熱硬化性樹脂プリプレグと比較して、強度や耐候性が弱く、交通信号用筺体や道路標識への実用レベルでの応用は難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平０４−４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる状況下、本発明は、野外で使用される交通信号機用筺体や道路標識用の素材として好適に使用できる高強力繊維を使用した耐久性が高く、軽量な高強力繊維複合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、炭素繊維等の高強力繊維シートに対し、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を同時に使用することで、上記課題を解決する高強力繊維複合体が提供できると考えた。そして、鋭意研究を重ねたところ、意外にも高強力繊維シートに対する熱可塑性樹脂の複合化方法によって得られるプリプレグの性質が大きく変わることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞  シート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂とを複合したプリプレグの表面を、熱硬化性樹脂で被覆してなる高強力繊維複合体。
＜２＞  前記プリプレグが、シート状の熱可塑性樹脂と高強力繊維シートとをサンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧してなる前記＜１＞記載の高強力繊維複合体。
＜３＞  前記高強力繊維が、炭素繊維又はバサルト繊維である前記＜１＞又は＜２＞に記載の高強力繊維複合体。
＜４＞  前記熱可塑性樹脂が、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリカーボネート樹脂から選ばれる１種である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の高強力繊維複合体。
＜５＞  前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂及びメラニン樹脂から選ばれる１種である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の高強力繊維複合体。
＜６＞  高強力繊維シートの積層数が、５〜１００枚である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の高強力繊維複合体。
＜７＞  前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の高強力繊維複合体からなる交通信号機用筺体。
＜８＞  前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の高強力繊維複合体からなる道路標識。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐久性が高く、軽量な高強力繊維複合体が提供される。該高強力繊維複合体を素材として用いた交通信号機用筺体や道路標識は塩害等の耐候性、耐久性が高く、さらには軽量であるため、従来の金属板を使用した交通信号機用筺体や道路標識と比較して、強度を低くした支柱を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】交通信号機の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るプリプレグの製造工程を示す図である。
【図３】プリプレグに熱硬化性樹脂を被覆した後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明について詳細に説明する。
本発明は、シート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂とを複合したプリプレグの表面を、熱硬化性樹脂で被覆してなる高強力繊維複合体に関する。
すなわち、高強力繊維複合体は、その内部がシート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂が複合化したプリプレグであり、その表面に熱硬化性樹脂の皮膜が形成された複合積層構造である。
【００１３】
プリプレグとは、高強力繊維にマトリックス樹脂を複合させた成形中間基材である。
ここで、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合のプリプレグの製造方法としては、（ａ）高強力繊維シートを溶融させた熱可塑性樹脂に含浸させる方法、（ｂ）高強力繊維シートに直接熱可塑性樹脂を塗布する方法、（ｃ）シート状の熱可塑性樹脂と高強力繊維シートとをサンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧する方法、（ｄ）高強力繊維糸と熱可塑性樹脂糸を交撚して織物にした後に積層して熱加圧する方法などが挙げられる。
【００１４】
この中でも、本発明の高強力繊維複合体においては、（ｃ）シート状の熱可塑性樹脂と高強力繊維シートとをサンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧したプリプレグを用いることが好ましい。ここで、サンドイッチ構造とは、シート状の熱可塑性樹脂と高強力繊維シートとを交互に積層した構造をいう。
現在のところ、詳細な理由は明らかでないが、サンドイッチ構造に積層した積層体を熱加圧した熱可塑性樹脂プリプレグを使用すると他の製法の熱可塑性樹脂プリプレグと比較して、最終品の高強力繊維複合体の強度が安定して向上する傾向にある。
【００１５】
以下、本発明の高強力繊維複合体の構成についてより詳細に説明する。
【００１６】
（プリプレグ）
（高強力繊維シート）
高強力繊維シートにおける高強力繊維としては、例えば、炭素繊維、バサルト繊維、ガラス繊維、ポリイミド繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維などが使用できる。
この中でも、特に高い剛性および機械的強度を有する高強力繊維複合体が得られることから、炭素繊維又はバサルト繊維であることが好ましい。
【００１７】
炭素繊維は、重量と強度のバランスがよく、複合化させる樹脂を問わず、親和性が高い、特に好適に使用される。
また、交通信号機用筺体において、ＬＥＤ点灯をドライバーが正確に確認することができるようにするために、現在筺体は黒塗装しているが、高強力繊維として黒色である炭素繊維を用いると、そのまま使用可能で塗装の必要がないという利点もある。
【００１８】
なお、炭素繊維糸は１ｋ、３ｋ、６ｋ、１２ｋ、２４ｋと言われることが多いが、これは炭素繊維フィラメントが何本集合して糸を形成しているかを表し、例えば、１２ｋは１２０００本のフィラメント集合体糸である。
プリプレグにおけるシート状の炭素繊維の積層数にもよるが、炭素繊維を構成する炭素繊維糸は、６ｋ以上が好ましく、１２ｋ以上を使用することがより好ましい。
【００１９】
また、無機鉱物系繊維であるバサルト繊維は、引張強度などの機械的強度に加えて、特に耐酸性、耐アルカリ性に優れているため、塩害や酸性雨など過酷な環境下での使用に適している。また、コンクリートと同様の熱膨張率であるため、廃棄後のセメント強化材として再利用する場合に特に好適である。
【００２０】
本発明の高強力繊維複合体を交通信号機用筺体や道路標識などの野外用途で用いる場合には、強風や積雪に耐えられる十分な強度が求められる。
本発明の高強力繊維複合体の機械的強度を高めるためには、プリプレグを構成する高強力繊維シートを積層するが、一方で、積層数が多くなりすぎると、高強力繊維複合体の厚みが大きくなりすぎ、成形が困難となる。
そのため、プリプレグを構成する高強力繊維シートの積層数５〜１００枚の範囲が好ましい。５枚未満では、強度が不十分になるおそれがあり、厚さが増せばプレス圧が高くなるため、１００枚を超えると成形が困難になる。
【００２１】
高強力繊維シートの一枚の厚みは、通常、２〜２０ｍｍ程度である。
【００２２】
（熱可塑性樹脂）
熱可塑性樹脂としては、プリプレグとして複合化される高強力繊維との相性を勘案して決定される。好ましい熱可塑性樹脂として、例えば、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリカーボネート樹脂が挙げられる。
この中でも、アクリル樹脂は、炭素繊維やバサルト繊維と相性がよいため好適な樹脂のひとつである。
【００２３】
熱可塑性樹脂シートの厚みは、プリプレグとして複合化させる上記高強力繊維シートの厚みなどにもよるが、通常、１００μｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００２４】
（プレプレグの製造）
本発明のおけるプリプレグは、例えば、図２に示される構成の装置にて製造することができる。
シート状の熱可塑性樹脂と高強力繊維シートとをサンドイッチ構造に積層した積層体を、予備加熱部（ヒーター部）で加熱した後に、プレス部で所定の形状に成形することで目的とする形状のプレプレグを得ることができる。
【００２５】
例えば、本発明の高強力繊維複合体を、交通信号機用筺体として使用する場合には、熱可塑性樹脂プリプレグをプレスによって凹凸を成形した後に、後述する熱硬化性樹脂で被覆すればよい。
なお、積層したプリプレグの予備加熱として金型を加熱する方法と、加熱しない方法があり、いずれでもよいが、プレス型で鋭角を作る場合には、プレス型から脱離しやすく、変形しにくいことから加熱しない方法がよい。
【００２６】
（プリプレグの物性）
プリプレグの引張強度は、主に高強力繊維シートの引張強度で決定される。その強度は、高強力繊維シートの種類、繊維密度、厚みなどにもよるが、通常、５００〜２０００ｋｇ/ｍｍ2程度である。
この強度として、高強力繊維シートに用いられる高強力繊維の糸製造メーカカタログに一本当たりの強度が提示されている糸本数から算出した理論値を使用する場合が多い。なお、織物にするとタテ、ヨコ糸交差で凹凸がでるので強度が低下するため、この理論値の９０％の数値に７０％を掛けた数値を実測値とする場合が多い。
【００２７】
（熱硬化性樹脂）
本発明の高強力繊維複合体は、上述のプリプレグの表面を熱硬化性樹脂で被覆することで形成される。図３に模式図を示す。
表面に熱硬化性樹脂の皮膜を有することにより、皮膜のないプリプレグと比較して、高強力繊維複合体の表面硬度や化学的耐久性が著しく向上する。
【００２８】
熱硬化性樹脂は、熱によって架橋反応が進行し、三次元架橋構造を形成する樹脂であれば特に限定されない。
このような熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられ、これらの変性体であってよい。また、２種類以上の樹脂を混合して用いてもよい。
また、これらの熱硬化性樹脂は、加熱により硬化するものであっても良いし、硬化剤や硬化促進剤などを配合して室温程度の温度でも硬化するものであってもよい。
【００２９】
特に紫外線に強く、耐候性が高く、力学特性に優れ、炭素繊維との接着性のバランスに優れているエポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂が好ましく用いられる。
【００３０】
プリプレグ表面に対する熱硬化性樹脂の塗布方法は特に限定されず、例えば、公知の方法、例えば、ロールコート法、スピンコート法、ワイヤーバー法、ディップコート法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スプレーコート法、流延製膜法、バーコート法、グラビアコート法、ドクターブレード法、ダイコーター法等を適宜採用することができる。特にスプレー塗布であれば、凹凸を有する構造であっても表面に均一に熱硬化性樹脂を塗布することができるため好ましい。
【００３１】
プリプレグ表面に形成される熱硬化性樹脂の皮膜の厚みは、使用用途によっても異なるが、通常、１００μｍ〜１０ｍｍ程度であるが、これに限定されず、例えば、野外で使用する場合（特には塩害のある海岸、強風の地域）に使用する場合には、より厚くしてもよい。
熱硬化性樹脂の硬化は常温で行ってもよいが、均一化を図るために密閉オーブンに入れて加熱して固化する方がよい。加熱温度は、使用する熱硬化性樹脂に適した温度を選択すればよい。
【００３２】
（高強力繊維複合体の用途）
本発明の高強力繊維複合体は、機械的強度が強く、耐候性も高いため、野外で使用する交通信号機用の筺体や道路標識の素材として好適に使用できる。そして、従来の素材である金属板より軽量であるため、金属板を使用するより支柱強度を低減させることができる。
【００３３】
適当な形状に成形した本発明の高強力繊維複合体を交通信号機用筺体として使用する場合、発光部として電球、ＬＥＤいずれも使用できる。従来の電球を用いた交通信号機では用いられる筺体の形状が複雑で成形が困難であるのに対し、図１に示すようなＬＥＤ用の交通信号機筺体は、雄雌の組み合わせで内部に円形ＬＥＤが挿入されるので、形状がシンプルであり、本発明の高強力繊維複合体を好適に使用することができる。
また、上述の通り、ＬＥＤ点灯をドライバーに正確に確認するために、ＬＥＤを用いた交通信号機用の筺体は黒塗装しているが、高強力繊維として黒色である炭素繊維を用いると、そのまま使用可能で塗装の必要がないという利点もある。
【００３４】
また、適当な形状に成形した本発明の高強力繊維複合体を道路標識として使用する場合、上記交通信号機用の筺体と同様の特徴に加えて、フッ素コーティング、塩化ビニル系のフイルムラミネートが可能であり、インクジエット方式等で型が不要になることから、単品で現在より安価で製作が可能となるという利点もある。
【００３５】
また、該高強力繊維複合体を素材として用いた交通信号機用筺体や道路標識は焼却廃棄又は超臨界方法で分離が可能で、分離後（焼却廃棄後）セメント強化材として使用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、耐久性が高く、軽量な高強力繊維複合体が提供される。該高強力繊維複合体を素材として用いた交通信号機用筺体や道路標識は塩害等の耐候性が高く、さらには軽量であり、従来の金属板を使用した交通信号機用筺体や道路標識と比較して、強度を小さくした支柱を使用できるため、広く普及することが期待される。
【要約】
【課題】野外で使用される交通信号機用筺体や道路標識用素材として好適な高強力繊維複合体を提供する。
【解決手段】シート状の高強力繊維と熱可塑性樹脂とを複合したプリプレグの表面を、熱硬化性樹脂で被覆してなる高強力繊維複合体。該高強力繊維複合体を素材として用いた交通信号機用筺体や道路標識は、塩害等の耐候性が高く、さらには軽量であるため、従来の金属板を使用した交通信号機用筺体や道路標識と比較して、強度を小さくした支柱を使用できる。また、該高強力繊維複合体を素材として用いた交通信号機用筺体や道路標識は焼却廃棄が可能で、焼却廃棄後セメント強化材として使用することが可能である。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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